冯志强:高效组件是提升光伏发电技术重要发展方向
发布时间:2015-04-08    编辑:zhangxiaomin   
本文摘要:题目主要是围绕高效组件对光伏发电量的影响。目前大家也关注到了,除了高效电池组件以外,后面的可靠性的产品,即产品的品质以及智能化的系统这块大家也比以前更关注了。


 
常州天合光能有限公司技术副总裁
 

 
  谢谢主办方的邀请有这个机会来汇报一下。
 
  题目主要是围绕高效组件对光伏发电量的影响。目前大家也关注到了,除了高效电池组件以外,后面的可靠性的产品,即产品的品质以及智能化的系统这块大家也比以前更关注了,所以对光伏发电的竞争力来说可以分为三块,我今天的汇报也会涉及到这三块。
 
  首先讲一下天合光能对高效光伏电池和组件的研发进展。
 
  太阳能电池世界上有各种不同的电池,多晶硅现在做到最高的是20.8%,单晶硅电池的最高效率是25.0%,HIT松下做是24.7%,HIBC做到25.6%。单结的太阳电池理论值是29.4%,我们目前接近理论值,行业普遍的可量产的、已经量产的水平多晶大概在18超过一点,单晶目前20%左右。未来除了很清晰的能做到23%到24%以外,将来超过24%的是什么电池,这是我们需要考虑的。
 
  天合光能目前的进展情况是:Baseline多晶量产在17.8%的平均值,Honey技术效率可以做到18.2%,单晶在19%以上。HoneyPlus平均值在20.4%,单晶。IBC电池我们已经做了一个中试线,22.5%,目前的市场应用还比较小。实验室的HoneyPlusMulti,就是PERC电池,多晶电池156x156mm面积的达到了20.8%,单晶21.4%。IBC电池我们做的是156x156mm的大面积电池,最高效率达到22.90%。去年做了20.76%的多晶硅电池世界纪录,156面积的单晶硅达到21.4%,是156面积PERC电池的世界纪录,组件功率达到335.2Wp,创造了P型单晶硅组件新的最高功率世界纪录。多晶硅组件功率达到324.5Wp,这也是世界纪录。
 
  技术研发我们首先追求的是高效,然后是降本。这是我们做的多晶的组建324.5W,这是目前组件的世界纪录。实验室小面积的IBC电池,天合与澳大利亚国立大学合作研制的,效率达到24.4%,创造了当时的世界纪录。这是采用了半导体光刻等高成本的技术在实验室研制的。
 
  这是大面积的156的,做到22.9%电池效率,组件我们做到320瓦,60片的大面积的组件。
 
  以上是电池技术研发的进展,下面看一下高效组件对发电量的影响。
 
  LCOE的概念行业里都知道,但是对客户来说真正考量的是产品全生命周期内的度电成本,即LCOE。LCOE有三个关键的因素,一个是高效,系统发电效率;一个是高发电量,高发电量与产品可靠性及发电寿命密切相关;第三个因素就是低成本,安装成本,运营成本等。以上三个因素加起来,决定了一个产品的度电成本,即LCOE。。
 
  我们做了一个数据模拟,不同档位的组件,横坐标是组件功率,纵坐标是系统成本。组件功率越高对于系统的发电成本越低,如果用10兆瓦的项目来看,组件的效率每提高0.25%,相当于功率提升5瓦,它的BOS成本下降约0.8%。如何通过提高电池组件的效率,同时降低组件的成本,降低LCOE,有一条路,我们沿着这条路走。
 
  这是我们不同的组件功率,如果能保持输出组件功率不变,持续的努力降低组件成本,我们需要走很长的路,这是很难的一件事情,即单纯的降低成本。还有一个路线通过研发开发新的技术,提高组件的输出功率,就是提高电池效率,实现以后我们再通过降本来降低它的LCOE,这个是我们做研发考虑的思路,也是天合光能想做的一件事情,这个大概时间会短一些。
 
  高效的组件归根到底它是怎么来影响到系统的发电量的?看一个温度系数的影响,温度系数随着VOC开压的变化,开压越高温度系数越低,温度系数越小发电量是越高的。从PR来看,即发电量,普通的组件假设是1的话,PERC电池发电量会高,大概增加2%,而IBC会增加3%左右。为什么?就是因为它的Voc提升了,导致温度系数的下降,从而提高了组件的发电量。所以新技术的导入,提升电池的Voc很关键。
 
  我们来看三个不同的电池结构,这是最普通的电池结构,这是采用了正面选择性发射结,背面局部钝化的PERC电池,最后是一个IBC电池结构。三种电池的Voc是不一样的,工作点的电压也是不一样的,我们做了一个简单的分析。普通电池损失最大是在电池背面,包括了光学复合,因为背面的反射不够好,以及背面Al背场的复合。到了PERC电池把背面的复合减小了,限制整个电池的Voc的提升就会变成电池的体复合,即硅片的质量,体内少子寿命由P型、N型质量决定的。如果用N型电池,比如说N型的双面电池以及IBC电池,同时又优化了背面钝化,解决了体内复合的减少问题。所以这三个不同的阶段,三个不同电池的主要因素决定了Voc的提升。Voc的提升决定了温度系数的变化,温度系数减小就提升了实际发电量。
 
  另外还有弱光效应,看几个不同的电池和组建。红颜色的是IBC电池,横坐标是照射光的强度。在弱光情况下,IBC电池是发电量最高的,关键因素是并联电池越高弱光效应越好。
 
  看高效组件跟普通组件对发电量的影响因素,刚才讲了温度系数不一样会导致发电量的不同,所以高效组件的温度系数低,导致的发电量的提升大概在0.5%到1%,工作温度也是不一样的,有略微的减小,当然还有一些衰减的优化。总体来说高效组件跟普通组件来对比,在档位一样的组件,它的发电量会高一些。档位输出功率是一样的,Voc高的话会影响到这些因素,最后它的发电量是会高的。
 
  再看一下光伏组件的可靠性,我们选了40种不同的组件型号,来看它们的每一年的衰减情况,有a-Si、CdTe、CIGS、多晶硅、单晶硅,大致在0.5%到0.7%的年衰减率,对晶体硅来讲我们现在一般的年衰减率在0.7%左右,我们目标是最好衰减能够降到0.5%。衰减有内外部因素,从内部因素来讲,短期的衰减主要跟电池工艺相关,一年以后就比较平稳了,但是还在持续衰减,这个长期的衰减是跟封装材料有关,比如材料的老化。当然还有一些外部的因素,衰减的温度、湿度以及紫外光等等,这些都会从背板的方向对整个光伏组件产生腐蚀和老化。
 
  举个例子,双玻组件由于背面是玻璃,这些腐蚀不能说没有,但可以说很小,把外部老化,因外部环境恶劣引起的衰减消除掉。
 
  双玻组件我们也做了一个评估,延伸下去的每年的衰减率,基本上它会比普通组件衰减率低30%,大概能达到0.5%。这样我们组件的寿命从25年就可以延长到30年,有一些数据的支撑。
 
  我做了一个表,普通组件和双玻组件的对比,在它的生命周期内发电量的对比,双玻组件总的发电量比如能发30年,普通组件是25年,大概有25%的提升。这张图也表示了这个趋势,发电量的衰减,由于双玻组件的寿命长,总的发电量会提升。
 
  双玻组件的优点刚才唐总已经说过了,我不重复,补充一点,防火我们的级别是达到了A级,一般是C级。刚才唐总讲了我们的安装结构没有变化,差不多,但是我们现在也在持续的改进,安装结构能不能更简便一点,更方便一点,毕竟同样厚度的话它会重一点。我们现在有一个方向做成更薄的玻璃,现在2.5mm、2.5mm后的玻璃已经可以了,2.0mm的今年会推出来,但是成本会高一些,1.1mm厚玻璃日本有公司已经做出来了,但是成本很高,今年下半年也会推出来。我们也要考虑成本因素,对双玻组件来说玻璃厚度是一个关键。
 
  最后讲一下智能,智能化系统关键是要失配,失配的时候有遮挡,使得某些个别的电池片不工作了,怎么样通过智能化的优化器使得组件达到最优的工作点,智能化组件,提升发电量有的说5%,有的说20%,有的说30%,不同的环境下是不一样的。对于高效组件来说,其FF月高,即越理想的组件,失配的短板效应就越能显示出来,对高效组件来说用智能和不用智能效果更明显,差别更明显。
 
  有几个方向,我们先做DC的优化器,先考虑电池水平的优化,一个组件里有6个组串每一串带有智能化优化器。然后再升级为带有安全、监控功能的,最后我们把DC做成AC的优化器。我们会提出一些方案,逆变器有各代的产品,也在逐年的优化,我们跟这些上游的逆变器厂家合作,除了优化之外我们还要考虑成本。为什么难以很快的推广?一个是成本,现在看成本是高的,另外一个是在STC的情况下发电量是低的,因为逆变器本身有效率。做的好的能达到99%,在日本展会一般推出来的都是95%,最好的是99%。
 
  智能组件现在这一个板块大家都非常的重视,比如上个月日本PV EXPO展会上,就有专门介绍智能组件的板块,不光是中国重视。有智能化优化器的和没有优化器的工作点是不一样的,红颜色的是有一块遮挡的电池,它的曲线和智能化有优化的情况下是完全不一样的。右边这个图,横坐标是遮挡面积,红色的曲线是完全没有智能化的普通组件,功率损失是这样一个曲线,而这根蓝色的线是有优化器的。当遮挡达到50%的情况下功率损失的差可以达到20%,也就是说智能化组件在有遮挡的情况下发挥的功能更大,但是从这张图上看到不同的条件下智能化也是不一样的。所以有人说从5%到20%,这个范围都能够智能化,要根据不同的条件,所以我们做了这样的预估。蓝颜色的最深的,普通组件动态的遮挡发电量骤然减少,不同的智能化的技术发电量没有遮挡的情况下差不多,在不同的遮挡情况下我们都做了测试,是不一样的。这就是说智能化的系统会变得越来越重要。
 
  总结一下,简单讲,光伏系统发电量质量好不好、品质好不好主要取决于三点。一个是正常的光照情况下,就是STC情况下档位要提高,总的发电量要提高,生产厂家关注这个,因为组件输出功率与售价直接关联。另外是高可靠,高可靠是寿命的问题,低衰减、高可靠。第三是智能化。这三点组成了新一代的高效光伏组件产品的整体发电的品质。
 
  谢谢大家!
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